40cr冷拔脆断原因分析

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1、40Cr冷拔脆断原因分析摘要某冷拉厂于2011年购进一批，规格为20mm的40cr圆钢,冷拔加工成17mm的六角形钢，在此过程中，出现了大量脆断现象,断口形貌呈子弹型，本文从断口形貌，金相组织、受力状况等方面对拉拔断裂的原因进行了分析。关键词冷拔；断口；金相组织冷拔简介：冷拔工艺为：圆钢f退火f轧头f酸洗f润滑处理一冷拔。冷拔过程的是原材料在拉拔力的作用下，形成径向压缩，轴向拉伸的应力状况，使材料产生塑性变形，受力方向与表而呈一定的角度。其合力沿拉伸方向，为与材料表面呈一定夹角，由表面指向材料中心。试样的选取：为了分析其原因，现场选取了3截冷拔断裂试样，同时切取了同一炉号，未经

2、冷拔的原材料试样2个，以及另外2个炉号没有岀现断裂的，同材质、同规格的产品试样各2个带回分析。试样的检测：首先利用超声探伤仪对带回的试样进行c型和a型水浸超声检测，原材料均未发现裂纹缺陷，而在冷拔后的六角形棒料的中心部位，均发现间断性的裂纹。对此材料进行拉伸破坏性试验，其断口形貌均与现场情况完全吻合，断口形形貌如图1、图2所示。图1断口侧视图图2断口正视图图1为宏观断口侧视形貌，断口突出的一端呈子弹形，内凹的一端呈圆形陨石坑形，两端完全吻合；图2为宏观断口正视形貌，分3个区：纤维区（a区）；放射区（b区）；瞬断区（c区）。a区为灰黑色，位于断口中央的位置，直径约1.8mm,是断

3、裂起始的裂纹源区。b区为灰白色，在外加拉应力的作用下，屮心裂纹呈放射状向外扩展；c区为灰色，为在放射区的外圉厚度为l・8nini的圆环区，组织致密，呈细瓷状，所有断口四周未发现氧化及污染痕迹，这表明裂纹是在冷拔过程中产生。根据断口形貌特征，裂纹的走向是由心部向外延伸至表面。断口电镜分析：图3（8区）纤维区对断口的3个区域，分别进行扫描电镜观察，从中可以看出，在a区（图3）,有较多的显微空洞及夹杂物，唇状裂纹是由显微空洞在外力而作用下，逐渐扩展最后连接造成形成，说明此部位为材料断裂的起源;b区（图4）裂纹扩展区的微观形貌特征为较浅韧窝+少量解理+撕裂棱，具有河流花特征，裂纹扩展有

4、方向性表明材料韧性不高，C区（图5）为瞬断区，形貌为等轴韧窝+撕裂棱，为拉伸脆性断裂。图4（b区）放射区金相分析：1）对试样进行纵向解剖，发现试样屮心部位，沿试样长度范围内，均匀排列着，方向也基本一致，长度约为1.2mm的横向裂纹，并且在裂纹之间有细的微裂纹，裂纹宽度方向与所受拉应力方向一致，对此试样侵蚀后发现，试样存在严重的中心偏析带（图6）,所有裂纹均分布在偏析带上，长度略大于与偏析带的宽度。图5（c区）瞬断区2）对试样侵蚀后进行金相分析，从（图6）中可以看出：①裂纹的均起源于屮心，偏析区域，此区域珠光体含量明显高于两边的正常区域；②此区域晶粒粗大，为3-3.5级，其他区域

5、为5.5-6.5级;③从晶粒的形变上看，两边的晶粒沿拉伸方向变形量大于心部位置，说明心部组织塑性较差；对此部位放大后可以看出，此区域中的为珠光体为粗片状珠光体（图7）,片层间距不等，使塑性变形集屮在片间距较大的位置；4）偏析区域夹杂分布集中，主要是b类细系夹杂物，级别为2.0级，经分析此夹杂物为niris,此类夹杂物的存在，在拉长吋降低了断裂强度。图6纵向剖面黑色条带为偏析带图7腐蚀后成分分析：为了了解偏析的严重程度，分别对试样的正常部位及偏析部位进行成分的测量，其结果如表1所示，从中可以看出，此材料中心偏析非常严重，中心偏析区，碳、猛含量明显偏高。而细化晶粒的银、铅、钥、铝含

6、量极低，从而使得材料心部晶粒粗大，珠光体积聚，强度、韧性下降。分析结果：根据以上检验结果可以看到，六角棒料在冷拔时出现脆性断裂，是由于原材料存在严重的中心偏析，使得材料中心区域珠光体集中、品粒粗大、夹朵物聚集，使得材料心部强度及韧性降低，造成材料在正常冷拔过程中，在材料中心的偏析区域，首先产生微裂纹，继而裂纹沿受力方向扩展直至断裂，形成形貌呈子弹形的断口。参考文献[1]现代钢铁材料及其工程应用[m]•机械工业出版社,200.[2]材料力学[m].高等教育出版社,2004.[3]断口形貌学[m]•科学出版社,2009.[4]连续铸钢生产[m]•冶金教育岀版社,2005.